Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển tự động, quá trình sản xuất nước sạch của nhà máy nước tp vinh

Đề tài: "nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển quá trình sản xuất nước sạch của nhà máy nước thành phố Vinh" với mục đích ứng dụng máy tính điều khiển và các bộ điều khiển lôgic lập tr

Mục lục

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan

1.3 Nguồn nước và yêu cầu đối với chát lượng nước cấp 13

1.3.2 Tính chất nước thiên nhiên và yêu cầu

đối với chất lượng nước cấp

16

Chương 2 - Giới thiệu và đánh giá hiện trạng hệ thống

điều khiển về Nhà máy nước Vinh

24

sạch của nhà máy nước thành phố vinh

36

3.1 Thành lập chương trình điều khiển tự động quá trình

làm việc của khu xử lý nước sạch Nhà máy nước Vinh

36

d anh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

CTL Chu trình lọc CTR Chu trình rửa TTD Trạng thái đèn

danh mục các bảng

1.1 Chất lượng nước sinh hoạt

3.1 Xác định đầu vào hệ thống điều khiển tự động 3.2 Xác định đầu ra hệ thống điều khiển tự động 3.3 Các vùng nhớ đặc biệt

mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đất nước ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá, hiện đại hoá, các đô thị

đang phát triển với tốc độ rất nhanh, ván đề nước sạch phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của nhân dân nói chung và các đô thị nói riêng đe và đang trở thành vấn đề cấp thiết Tình hình cấp nước tại các đô thị nước ta trong những năm qua đe được cải thiện một cách đáng kể, tuy nhiên tình hình cấp nước đô thị vẫn còn nhiều hạn chế: Tỉ lệ dân số đô thị được cấp nước mới đạt từ 50%-60%, chất lượng nước cấp thấp Để đảm bảo nước sạch cho sản xuất và sinh hoạt, phục vụ tốt hơn cho sự phát triển kinh tế xe hội thì việc ứng dụng và đổi mới công nghệ, thiết bị là việc làm cấp thiết Đề tài: "nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển quá trình sản xuất nước sạch của nhà máy nước thành phố Vinh" với mục đích ứng dụng máy tính điều khiển và các bộ điều khiển lôgic lập trình để tự động hoá quá trình sản xuất nước sẽ cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao chất lượng sản phẩm, đáp ứng ngày một tốt hơn nhu cầu nước sạch cho sản xuất và sinh hoạt của nhân dân

Với 3 chương của đề tài, tác giả đe tiến hành nghiên cứu về quy trình làm việc của hệ thống cấp nước, phân tích hiện trạng điều khiển thiết bị trong dây chuyền sản xuất của nhà máy nước Vinh, là nhà máy có quy mô sản xuất, qui trình công nghệ và mức độ trang thiết bị được xem là phổ biến ở Việt Nam

Đề tài đi sâu nghiên cứu ứng dụng thiết bị logic khả lập trình Simatic S7-200

để tự động hoá quá trình làm việc cho hệ thống bể lọc, là khâu quan trọng trong qui trình xử lý nước trong các nhà máy sản xuất nước sạch

2 Mục đích nghiên cứu

Cấp nước là một ngành thuộc cơ sở hạ tầng kỹ thuật đô thị, giữ vai trò vô cùng quan trọng đối với sản xuất và đời sống nhân dân Trong những năm qua, các nhà máy sản xuất nước sạch ở Việt Nam đe được quan tâm ưu tiênđầu tư, nâng cấp, tuy nhiên nhiều nhà máy vẫn còn tồn tại nhiều thiết bị cũ, công

nghệ lạc hậu, hiệu suất thấp và nói chung chưa đáp ứng được các yêu cầu đối với một hệ thốnh cấp nước, đó là: Bảo đảm đầy đủ và liên tục lượng nước cần thiết đến các nơi tiêu dùng, bảo đảm chất lượng nước, đáp ứng các yêu cầu sử dụng, giá thành xây dựng rẻ, quản lí dễ dàng, thuận tiện, có khả năng tự động hoá việc khai thác, xử lí và vận chuyển nước

Hiện nay trên thế giới trong các nhà máy nước đô thị đe được tự động hoá ở mức độ cao, kỹ thuật điều khiển logic khả lập trìnhđe được ứng dụng rộng rei trong các quá trình sản xuất nước Từ thực tế các nhà máy sản nước hiện nay ở Việt Nam, với yêu cầu của nhu cầu sử dụng nước sạch đặt ra, đề tài: "Nghiên cứu xây dựng hệ thống điều khiển tự động quá trình sản xuất nước sạch của nhà máy nước thành phố Vinh" sẽ có ý nghĩa :

3 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu

Đối tượng khảo sát, nghiên cứu của đề tài là các hệ thống cấp nước đô thị, trong đó đi sâu nghiên cứu tự động hoá công tác của bể lọc, là một trong những khâu quan trọng trong dây chuyền xử lý của hệ thống cấp nước, cụ thể

là nghiên cứu tự động hoá quá trình làm việc của bể lọc, khu xử lí nhà máy nước Vinh với qui trình xử lí nước mặt, bằng thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLCS7-200

4 Nội dung của đề tài

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của đề tài bao gồm các chương:

- Chương 1 - Công nghệ xử lý nước sạch của nhà máy nước Vinh

- Chương 2 - Nghiên cứu xây dựng bài toán điều khiển quy trình xử lí nước sạch

- Chương 3 - ứng dụng thiết bị điều khiển logic Simatic S7-200 trong

tự động hoá quá trình sản xuất nước sạch

Qua 3 chương của đề tài, tác giả đe tiến hành :

- Nghiên cứu công nghệ xử lí nước và hệ thống điều khiển quá trình sản xuất nước tại nhà máy nước Vinh

- Phân tích qui trình làm việc, hiện trạng điều khiển khu xử lí nước nhà máy nước Vinh

- Xây dựng lưu đồ điều khiển tự động quá trình làm việc của hệ thống xử

lí nước

- Nghiên cứu, ứng dụng kỹ thuật điều khiển logic khả lập trình, xây dựng chương trình điều khiển tự động quá trình làm việc của khu xử lí nước nhà máy nước Vinh

5 Phương pháp nghiên cứu

+ Nghiên cứu lý thuyết : Trên cơ sở các tài liệu về công nghệ xử lý nước,

định hướng phát triển ngành nước, hồ sơ thiết kế kỹ thuật các nhà máy nước, nghiên cứu ứng dụng các kiến thức lý thuyết được trang bị về điều khiển tự

động, xây dựng hệ thống điều khiển tự động quá trình sản xuất nước sạch đáp ứng các yêu cầu đặt ra

+ Khảo sát thực tế hiện trạng điều khiển thiết bị tại nhà máy nước thành phố Vinh, để có những đánh giá cụ thể về hiện trạng điều khiển từ đó có những giải pháp kỹ thuật, lựa chọn thiết bị phù hợp với điều kiện của Việt Nam

6 ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Đưa kỹ thuật điều khiển hiện đại, sử dụng máy tính và các bộ điều khiển lập trình vào tự động hoá quá trình sản xuất nước sạch

Cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm,

đáp ứng ngày một tốt hơn nhu cầu nước sạch cho sản xuất và sinh hoạt của nhân dân

Chương 1 - Công nghệ xử lý nước trong các nhà máy sản xuất nước sạch

1.1 Tình hình sản xuất và cung cấp nước sạch hiện nay ở Việt Nam

1.1.1 Nước sạch Vấn đề cần quan tâm

Nước sạch là một loại sản phẩm thiết yếu cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất

và dịch vụ của mọi tầng lớp dân cư Việc cung cấp để thoả men nhu cầu nước sạch cho xe hội, nhất là tại các đô thị, khu công nghiệp, cụm dân cư là vấn đề cấp bách

Theo phân tích của chương trình môi trường của liên hợp quốc(UNEP) gần đây cho biết cần chi phí 50 USD/ đầu người cho việc cung cấp nước và an toàn cho 1, 4 tỷ người thường xuyên không có nước trên toàn thế giới mới đủ ngăn chặn 3, 35 tỷ ca nhiễm bệnh và 5, 3 triệu cái chết hằng năm do không có nước sạch Ước tính một nửa số người ở các nước đang phát triển đều đang phải chịu những bệnh tật phát sinh trực tiếp do lây nhiễm từ các nguồn nước hay thức ăn bị ô nhiễm, hoặc gián tiếp qua các sinh vật trung gian gây bệnh như muỗi sinh đẻ trong nước Những căn bệnh này bao gồm các bệnh như ỉa chảy, sốt xuất huyết, nhiễm giun sán, sốt rét, mù loà và đau mắt hột + Cứ 8 giây lại có một trẻ em bị chết do căn bệnh liên quan đến nước + 50% dân số ở các nước đang phát triểnđang phải chịu một trong những căn bệnh liên quan đến nước

+ 80% các bệnh tật ở các nước đang phát triển do nước ô nhiễm gây ra + 50% dân số trên thế giới bị thiếu những điều kiện vệ sinh thích hợp + 20% các loài cá nước ngọt đe bị đẩy tới nguy cơ tuyệt chủng do nguồn nước bị ô nhiễm

Những hậu quả của tình trạng khan hiếm nước toàn cầu tăng rõ rệt tại các vùng khô cằn và tăng nhanh ở những vùng ven biển cùng các thành phố lớn của các nước đang phát triển Các nhà khoa học về nước tiên đoán rằng nhiều

trong những thành phố này đe hay sẽ không có khả năng cung cấp đủ nước sạch an toàn và các điều kiện vệ sinh cho các công dân mà đó là những điều kiện cơ bản cho sự tồn tại bình thường của con người Vấn đề này sẽ càng trở nên to lớn hơn khi quá trình đô thị hoá diễn ra một cách nhanh chóng, khi mà vào năm 2025 khoảng 23 thành phố sẽ có hơn 10 triệu người, trong đó có 18 thành phố ở các nước đang phát triển Trên qui mô toàn cầu một nửa số dân sẽ sống ở các đô thị

1.1.2 Tình hình sản xuất và cung cấp nước sạch hiện nay ở Việt Nam

Đối với Việt Nam, hiện nay chúng ta đang trong thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá, các đô thị đang phát triển với tốc độ rất nhanh Vấn đề cung cấp nước sạch cho nhu cầu sinh hoạt của nhân dân và sản xuất nói chung đe và

đang trở thành vấn đề bức thiết Trong những năm qua, Đảng và Nhà nước rất quan tâm đầu tư cho các công trình cấp nước đô thị Nhiều dự án cấp nước

được ưu tiên đầu tư nâng cấp, qui trình sản xuất ngày càng được áp dụng nhiều thiết bị, công nghệ mới, hiện đại Nhờ vậy, tình hình cấp nước cho các

đô thị và khu dân cư tập trung đe được cải thiện, nhất là tại các thành phố lớn như : Hà Nội, thành phố HCM, Huế, Đà Nẵng, Hải Phòng, Tuy nhiên, nhiều nhà máy sản xuất nước sạch vẫn còn tồn tại nhiều thiết bị cũ, công nghệ lạc hậu, hiệu suất thấp và nói chung chưa đáp ứng được các yêu cầu sử dụng, giá thành xây dựng và quản lí rẻ, quản lý dễ dàng, thuận tiện, có khả năng tự

động hoá việc khai thác, xử lý và vận chuyển nước

Nước ta có nguồn cung cấp nước khá dồi dào, về nước mặt bao gồm nước sông, suối, hồ tự nhiên, hồ nhân tạo, hệ thống sông suối khá dày đặc Với 2

360 con sông, lượng mưa trung bình hằng năm là 1.960 mm sản sinh ra dòng chảy lên đến 324 km3/năm Đây là một tài nguyên vô cùng quý giá để phát triển sản xuất và nâng cao đời sống của nhân dân Hiện nay, 2/3 tổng công suất các nhà máy nước là lấy từ nước mặt Ngoài ra ta cũng có nguồn dự trữ

nước ngầm khá lớn, ước tính khoảng 130 triệu m3/ ngày đêm, song trữ lượng thăm dò mới có 18, 7 triệu m3/ ngày đêm

Hiện nay trên toàn quốc có 190 nhà máy xử lý nước với tổng công suất 2,

6 triệu m3/ ngày đêm, phần lớn được xây dựng từ những năm 60 trở lại đây Một số nhà máy có công suất lớn như : Nhà máy nước Thủ Đức -TP Hồ CHí Minh (650 000m3/ ngày đêm), nhà máy nước Yên Phụ-TP Hà Nội(80 000m3/ ngày đêm), nhà máy nước An Dương- TP Hải Phòng(85 000m3/ ngày đêm), còn lại tại các đô thị trung bình các nhà máy nước thường chỉ có công suất 10 000m3-30 000m3/ ngày đêm Các thị trấn, nhà máy nước có công suất từ 500m3-5 000m3/ ngày đêm

Các nhà máy được xây dựng trước đây thường có công nghệ xử lý không phù hợp, thiết bị lạc hậu, đặc biệt kiến trúc công trình, quy hoạch mặt bằng tổng thể nhà máy không phù hợp với cảnh quan chung đô thị

Trong tổng số 6 000 km đường ống có đường kính lớn hơn 100 mm đang

được sử dụng trên toàn quốc có tới 60% được lắp đặt trên 30 năm nay, không

được sửa chữa thay thế Mạng lưới các đường ống được xây dựng trước đây phần lớn không theo quy hoạch, cấu trúc mạng lưới không hợp lý, chức năng của mạng truyền dẫn, mạng phân phối chồng chéo, nhiều tuyến ống hiện nay nằm giữa đường hoặc bị nhà dân xây lên trên

Hiện nay trên toàn quốc mới có hơn 7 triệu người được cung cấp nước sạch (gần 1/2 số dân đô thị) Cao nhất là tại các thành phố lớn như TP Hồ Chí Minh, Hà Nội, Huế, Đà Nẵng, tỷ lệ cấp nước sạch 60%-70%, còn lại ở các đo thị trung bình phạm vi phục nước sạch giảm xuống còn 50%, các thị xe, thị trấn nhỏ tỷ lệ này chỉ đạt 30%-40%

Về tiêu chuẩn cấp nước, theo quy định cấp nước sinh hoạt đô thị phải đạt

100 lít-120 lít/ người/ ngày đêm Song trên thực tế, tại các thành phố lớn tiêu chuẩn cấp nước mới chỉ đạt 70 lít -80 lít/ người/ ngày đêm, các đô thị nhỏ chỉ

đạt 50 lít -60 lít / ngày đêm

Về chất lượng nước cấp, phấn lớn nước cung cấp cho các hộ tiêu thụ chưa

đảm bảo đúng tiêu chuẩn vệ sinh Nhiều chỉ tiêu hoá lý, vi sinh không đạt tiêu chuẩn nước sạch Đối với các nhà máy vừa được xây dựng với vốn tài trợ của Quốc tế, có dây chuyền công nghệ phù hợp, chất lượng nước cấp cho các hộ tiêu thụ mới chỉ đạt tiêu chuẩn nước sạch Một số nơi nước được bơm thẳng từ giếng khoan, sông hồ cho nhân dân sử dụng mà chưa qua hệ thống xử lý(Tài liệu [9], [10])

Từ thực tế tình hình sản xuất và cung cấp nước sạch hiện nay ở Việt Nam, để nâng cao hiệu quả cung cấp nước sạch, phục vụ tốt hơn cho sự phát triển kinh tế xe hội, nâng cao chất lượng cuộc sống của nhân dân thì việc ứng dụng và đổi mới công nghệ, thiết bị là một vấn đề đặc biệt quan tâm Việc đưa vào ngành sản xuất nước các công nghệ và thiết bị hiện đại có sử dụng máy tính điều khiển và các bộ điều khiển logic khả lập trình là việc làm cần thiết nhằm cải thiện điều kiện làm việc, nâng cao năng suất chất lượng sản phẩm,

đáp ứng ngày một tốt hơn các yêu cầu đặt ra đối với một hệ thống cấp nước

1.2 Sơ đồ hệ thống cấp nước đô thị

Hệ thống cấp nước là một tập hợp các công trình : Thu nước, xử lý nước,

điều hoà dự trữ nước, vận chuyển và phân phối nước đến nơi tiêu dùng

Các yêu cầu cơ bản đối với một hệ thống cấp nước là:Đảm bảo đưa đầy

đủ và liên tục lượng nước đến các nơi tiêu dùng, đảm bảo chất lượng nước đáp ứng các yêu cầu sử dụng, giá thành xây dựng và quản lý rẻ, thi công và quản

lý dễ dàng, thuận tiện, có khả năng tự động hoá và cơ giới hoá việc khai thác,

xử lý và vận chuyển nước

Hệ thống cấp nước có thể phân ra các loại chính sau:

+ Hệ thống cấp nước đô thị ;

+ Hệ thống cấp nước công nghiệp;

+ Hệ thống cấp nước nông nghiệp;

+ Hệ thống cấp nước đường sắt

2- Theo chức năng phục vụ gồm:

+ Hệ thống cấp nước sinh hoạt;

Tuỳ theo chất lượng nước nguồn và yêu cầu chất lượng nước cấp mà mỗi

hệ thống cấp nước có đặc điểm, quy trình xử lý khác nhau và đi theo nó vấn đề thiết bị và điều khiển thiết bị trong dây chuyền công nghệ của các hệ thống cũng khác nhau Trong khuôn khổ luận văn này, tác giả chỉ nghiên cứu về hệ thống cấp nước đô thị Sau đây là sơ đồ tổng quát của một hệ thống cấp nước

đô thị (hình 1 1)

1.3 Nguồn nước và yêu cầu đối với chất lượng nước cấp

1.3.1 Nguồn cung cấp nước

Trong kỹ thuật cấp nước người ta sử dụng các loại nguồn cung cấp nướcsau đây:

- Nguồn nước ngầm;

- Nguồn nước mặt;

- Nguồn nước mưa;

1.3.1.1 Nguồn nước ngầm

Nước ngầm được tạo bởi nước mưa rơi trên mặt đất, thấm qua các lớp

đất, được lọc sạch và giữ lại trong các lớp đất chứa nước, giữa các lớp cản nước Lớp đất giữ nước thường là cát, sỏi, cuội hoặc lẫn lộn các thứ trên với các cỡ hạt và các thành phần khác nhau Lớp đất cản nước thường là đất sét,

đất thịt, Ngoài ra nước ngầm có thể còn do nước thấm từ đáy, thành sông hoặc hồ tạo ra Sơ đồ tạo thành nguồn nước ngầm giới thiệu ở hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ tạo thành nguồn nước ngầm

Tuỳ theo độ nông sâu của giếng đào hoặc giếng khoan ta thu được các loại nước ngầm sau đây:

+ Nước ngầm không áp: (vị trí A khi đào đến lớp đất chứa nước I ở hình 1.2) thường là nước ngầm mạch nông, ở độ sâu 3-10m Loại này thường bị nhiễm bẩn nhiều, trữ lượng ít và chịu ảnh hưởng trực tiếp của thời tiết

II

B

Lớp đất cản nước Lớp đất chứa nước

Đường đo áp Chiều chảy nước ngầm

+ Nước ngầm có áp: Thường là nước ngầm mạch sâu trên 20m, chất lượng nước tốt hơn, trữ lượng nước tương đối phong phú Trên hình 1 2 khi ta khoan giếng vào lớp đất chứa nước II, III sẽ thu được nước ngầm có áp, riêng tại vị trí B sẽ có giếng phun

Đôi khi nước ngầm còn gọi là nước mạch từ các sườn núi hoặc thung lũng chảy lộ thiên ra ngoài mặt đất, đó là do các kẽ nứt thông với các lớp đất chứa nước gây ra

Nước ngầm có ưu điểm là rất trong sạch (hàm lượng cặn nhỏ, ít vi trùng)

xử lý đơn giản nên giá thành rẻ, có thể xây dựng phân tán nên đường kính ống nhỏ và đảm bảo an toàn cấp nước Nhược điểm của nó là: thăm dò lâu, khó khăn, đôi khi chứa nhiều sắt và bị nhiễm mặn nhất là các vùng ven biển, khi

lý thường đắt Nước sông có sự thay đổi lớn theo mùa về độ đục, lưu lượng, mức nước và nhiệt độ

+ Nước suối: Mùa khô rất trong, lưu lượng nhỏ, mùa mưa lưu lượng lớn, nước đục, có nhiều cát sỏi, mức nước lên xuống đột biến

+ Nước hồ, đầm: Tương đối trong, trừ ở ven hồ đục hơn do bị ảnh hưởng của sóng Nước hồ, đầm thường có độ màu cao do ảnh hưởng của rong rêu và các thuỷ sinh vật, nó thường bị nhiễm bẩn, nhiễm trùng nếu không được bảo

vệ cẩn thận

+ Nguồn nước mặt ở nước ta khá phong phú vì nước ta mưa nhiều và mạng lưới sông, suối phân bổ khắp nơi Nó là nguồn cung cấp nước quan trọng cho các đô thị, nhất là các khu công nghiệp lớn

1.3.2 Tính chất nước thiên nhiên và yêu cầu đối với chất lượng nước cấp

Nước cung cấp cho sinh hoạt, cho các nhu cầu sản xuất đều đòi hỏi phải

có chất lượng phù hợp Nước thiên nhiên khai thác từ các nguồn nước mặt hoặc nước ngầm thường có chứa các tạp chất ở dạng hoà tan, không hoà tan,

có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ Ngoài ra trong nước, nhất là nước mặt có chứa vi sinh vật như các loại vi khuẩn, sinh vật phù du và các loại vi sinh vật khác Vì vậy khi khai thác nước thiên nhiên để sử dụng thường phải tiến hành

+ Nhiệt độ(0C): Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình

xử lý nước Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước Nhiệt độ của nước mặt dao động rất lớn

(từ 4- 400C) phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn nước Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định (17-270C)

+ Hàm lượng cặn không tan(mg/l) : Được xác định bằng cách lọc một

đơn vị thể tích nước nguồn qua giấy lọc, rồi đem sấy khô ở nhiệt độ

(105-1100C) Hàm lượng cặn của nước ngầm thường nhỏ (30-50 mg/l), chủ yếu do cát mịn ở trong nước gây ra Hàm lượng cặn của nước sông dao động rất lớn (20-5000mg/l) có khi lên tới (30 000mg/l) Cùng một nguồn nước hàm lượng cặn dao động theo mùa, mùa khô nhỏ, mùa lũ lớn Cặn có trong nước sông là

do các hạt cát, sét, bùn bị dòng nước xói rửa mang theo và các chất hữu cơ nguồn gốc động thực vật mục nát hoà tan trong nước Hàm lượng cặn là một trong những chỉ tiêu cơ bản để chọn biện pháp xử lý đối với các nguồn nước mặt Hàm lượng cặn của nước nguồn càng cao thì việc xử lý càng phức tạp và tốn kém

sánh với thang màu cô ban Độ màu của nước bị gây ra bởi các hợp chất hữu cơ, các hợp chất keo sắt, nước thải công nghiệp hoặc do sự phát triển của rong, rêu, tảo Thường nước ao, hồ có độ màu cao

hợp chất hữu cơvà vi trùng, nước thải công nghiệp chảy vào, các hoá chất hoà tan, Nước có mùi bùn, mùi mốc, mùi tanh, mùi cỏ lá, mùi clo, mùi phenol, Vị mặn, vị chua, vị chát, vị đắng,

2 Các chỉ tiêu về hoá học

hữu cơ trong nước, không kể các chất khí Cặn toàn phần được xác định bằng cách đun cho bốc hơi một dung tích nước nguồn nhất định và sấy khô ở nhiệt

độ (105-1100C) đến khi trọng lượng không đổi

có trong nước Độ cứng có thể được đo bằng độ Đức, ký hiệu là 0dH, 10dH

bằng 10 mg CaO hoặc 7, 14 mg MgO có trong một lít nước hoặc có thể đo bằng mgđl/l Trong đó một mgdl=2, 80dH

Nước có độ cứng cao gây trở ngại cho sinh hoạt và sản xuất

= -lg[H+]) Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của

pH Khi pH = 7 nước có tính trung tính, pH<7 nước mang tính axít và khi pH>7 nước có tính kiềm Nước nguồn có độ pH thấp sẽ gây khó khăn cho quá trình xử lý nước

lượng các ion các muối của các axít yếu Khi nước thiên nhiên có độ màu lớn (>40 độ cô ban), độ kiềm toàn phần còn bao gồm cả độ kiềm do muối của các axít hữu cơ gây ra Độ kiềm của nước ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả xử lý nước Vì thế trong một số trường hợp, nước nguồn có độ kiềm thấp, cần thiết phải bổ sung hoá chất để kiềm hoá nước

cơ có trong nước Chỉ tiêu oxy hoá là đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Độ oxy hoá của nguồn nước càng cao, chứng tỏ nước bị nhiễm bẩn và chứa nhiều vi trùng

sắt (III) Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hoà tan của các muối sắt Khi tiếp xúc với oxy hoặc các chất oxy hoá, sắt (II) bị oxy hoá thành sắt (III) và kết tủa thành bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ Nước ngầm thường có hàm lượng sắt cao, đôi khi lên tới 30 mg/l hoặc cao hơn Nước mặt chứa sắt (III) ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù, thường có hàm lượng không cao và có thể khử sắt kết hợp với công nghệ khử đục Việc tiến hành khử sắt chủ yếu đối với các nguồn nước ngầm Khi trong nước có hàm lượng sắt cao nước có mùi tanh và có nhiều cặn bẩn màu vàng gây ảnh hưởng xấu

đến chất lượng nước sinh hoạt và sản xuất

+ Hàm lượng mangan (mg/l): Mangan thường gặp trong nước ngầm ở dạng mangan(II), nhưng với hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều Tuy vậy với hàm lượng nhỏ mangan > 0, 05 mg/l đe gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt Công nghệ khử mangan thường kết hợp với khử sắt trong nước

nitrít (HNO2), nitrát (HNO3) và amôniăc (NH3) Sự có mặt của các hợp chất này chứng tỏ về mức độ nhiễm bẩn nước thải vào nguồn nước

và chúng ảnh hưởng trực tiếp đến con người Hàm lượng Fluo có trong nước

ănuống nhỏ hơn 0, 7 mg/l dễ gây bệnh đau răng, lớn hơn 1, 5 mg/l sinh hỏng men răng ở những vùng thiếu iốt thường xuất hiện bướu cổ, ngược lại nếu nhiều iốt quá cũng gây tác hại cho sức khoẻ

quá giới hạn cho phép sẽ gây độc đối với cơ thể người sử dụng

3 Chỉ tiêu về vi trùng

Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng và siêu vi trùng, trong

đó có các loại vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm đó là kiết lỵ, thương hàn, dịch tả, bại liệt, Việc xác định sự có mặt của các loại vi trùng gây bệnh này thường rất khó khăn và mất nhiều thời gian do sự đa dạng về nhiều chủng loại Vì vậy trong thực tế người ta áp dụng phương pháp xác định chỉ số vi khuẩn

đặc trưng, đó là vi khuẩn đường ruột côli Bản thân vi khuẩn côli là vô hại song sự có mặt của côli chứng tỏ nguồn nước đe bị nhiễm bẩn và có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh Số lượng vi khuẩn côli tương ứng với số lượng vi trùng gây bệnh có trong nước Đặc tính của vi khuẩn côli là có khả năng tồn tại cao hơn các loại vi trùng gây bệnh khác Do đó sau khi xử lý nếu trong nước không còn phát hiện thấy côli chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đe bị tiêu diệt Mặt khác việc xác định vi khuẩn côli đơn giản và nhanh

chóng nên chúng được chọn làm vi khuẩn đặc trưng để xác định mức độ nhiễm vi trùng gây bệnh trong nước Theo tiêu chuẩn cấp nước ăn uống sinh hoạt (TCXD-33:1985) chỉ số côli không được vượt quá 20 con/lít nước Ngoài

ra trong một số trường hợp, người ta xác định số lượng vi khuẩn kị khí để tham khảo thêm trong việc đánh giá mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước

1.3.2.2 Chất lượng nước yêu cầu cấp cho ăn uống, sinh hoạt

Theo tiêu chuẩn TCXD-33:1985 chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt phải

đạt được những chỉ tiêu về lý hoá học và vi trùng như bảng 1.1

Bảng 1.1 Chất lượng nước sinh hoạt

STT Các chỉ tiêu về chất lượng Đối với các đô thị

3 Mùi vị (đậy kín sau khi đun 400-500) Không

STT Các chỉ tiêu về chất lượng Đối với các đô thị

• Phương pháp cơ học: Dùng các công trình và thiết bị để làm sạch

nước như song chắn rác, lưới chắn rác, bể lắng, bể lọc

• Phương pháp lý học: Dùng các tia vật lý để khử trùng nước như: Tia

tử ngoại, sóng siêu âm, điện phân để khử muối

• Phương pháp hoá học: Dùng các chất cho vào nước để xử lý nước

như: Dùng phèn làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hoá nước, khử trùng bằng clo

Tuỳ thuộc vào chất lượng nước nguồn và yêu cầu chất lượng nước cấp mà

có các dây chuyền công nghệ xử lý khác nhau

Khi dùng nguồn nước mặt thì phải làm trong, khử màu và khử trùng, còn nước ngầm thì phổ biến là phải khử sắt và khử trùng

Sau đây là hai sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước ăn uống sinh hoạt dược sử dụng phổ biến cho 02 loại nguồn nước ở trên

• Dây chuyền công nghệ xử lý nước mặt (hình 1 2)

Nước từ nguồn nước mặt được trạm bơm nước thô (trạm bơm cấp I) chuyển đến khu xử lý, trước hết nước vào bẻ trộn 1 tại đây nước được hoà trộn

đều với các chất phản ứng thích hợp Các chất phản ứng này được đưa vào nước dưới dạng dung dịch hoà tan

Sau đó nước được chuyển sang bể phản ứng 2, bể phản ứng là nơi tạo

điều kiện thuận lợi nhất để các hạt keo phân tán trong nước sau quá trình hoà trộn đe mất ổn địnhvà có khả năng dính kết va chạm với nhau để tạo thành các hạt cặn có kích thước đủ lớn có thể lắng trong bể lắng hoặc giữ lại được ở bể lọc Bể lắng 3 chỉ có thể loại ra khỏi nước những hạt cặn có kích thước và trọng lượng tương đối lớn để giảm tải cho bể lọc phía sau và kéo dài chu kỳ lọc của bể ở bể lắng ngang nước trong được thu vào máng 4 rồi dẫn tới bể lọc Tại đây nước được lọc một phần hay toàn bộ cặn bẩn có trong nước tuỳ thuộc yêu cầu chất lượng nước rồi được khử trùng bằng clo và được chuyển đến bể chứa nước sạch 7 Cuối cùng từ bể chứa nước sạch nước được trạm bơm tăng

áp (trạm bơm cấp II) 8 bơm vào mạng lưới tiêu dùng

* Dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm

Nước được khai thác từ nguồn nước ngầm được trạm bơm cấp I chuyển

đến dàn mưa 2 là công trình làm thoáng tự nhiên có chức năng làm giàu oxy cho nước, thực hiện việc chuyển hoá các ion Fe2+ hoà tan trong nước thành các bông cặn Fe(OH)3 Việc loại bỏ các bông cặn Fe(OH)3 và các loại cặn khác

được thực hiện ở bể lắng đứng 3 và bể lọc 4 và cũng được khử trùng bằng clo

rồi chuyển đến bể chứa nước sạch 6 và được trạm bơm cấp II – 7 bơm vào

lý của hệ thống cấp nước và cụ thể là nghiên cứu tự động hoá công tác quản lý vận hành hệ thống bể lọc cho Nhà máy nước thành phố Vinh với qui trình xử

lý nước mặt Đây là nhà máy có quy mô sản xuất, quy trình công nghệ cũng như mức độ trang thiết bị được đánh giá là phổ biến ở Việt Nam

Hình 1.2 Sơ đồ xử lý nước mặt 1- Bể trộn 2- Bể lắng ngang 3- Bể lắng 4- Máng thu nước 5- Bể lọc nhanh 6- Nhà Clo 7- Bể chứa 8- Trạm bơm cấp II

Chương 2 - Giới thiệu và đánh giá hiện trạng hệ thống điều khiển về nhà máy nước vinh

2.1 Giới thiệu về nhà máy nước Vinh

2.1.1 Vị trí địa lý

Nhà máy nước Vinh nằm phía Tây Nam của Thành phố Vinh dọc theo tuyến đường quốc lộ 46, cách trung tâm Thành phố Vinh 3km, cách nguồn nước (sông Đào) 2km với diện tích 4000m2 Công suất sản xuất theo thiết kế

là 2vạn m3/ngày đêm Được xây dựng và đưa vào sử dụng vào ngày 15/9/1987

do Đức tài trợ Nguồn nước thô được lấy từ sông Đào (nước mặt) Sau quá trình xử lý Cung cấp nước sạch cho nhân dân Thành phố Vinh (gồm 16 phường xe và khu công nghiệp Bắc Vinh) Với sự phát triển không ngừng của thành phố, cùng với nhu cầu sử dụng nước sạch ngày một cao Với công suất

đe thiết kế của nhà máy như hiện nay có khả năng không đủ đáp ứng nhu cầu dùng nước cho nhân dân trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất Bởi vậy

được sự ủng hộ và giúp đỡ của uỷ ban nhân dân tỉnh Nghệ An, nhà máy hiện nay đang được cải tạo lại Công suất danh định là 6 vạn m3/ngày, mục đích nhằm đáp ứng nhu cầu dùng nước cho nhân dân, đồng thời áp dụng công nghệ mới cải tiến kỹ thuật giúp người công nhân vận hành đỡ vất vả, bỏ bớt các công đoạn thao tác xử lý nước không cần thiết, số lượng công nhân trong dây chuyền sẽ được giảm tối đa Nhờ thiết bị điều khiển logic khả lập trình simatic S7-200 có thể tự động hoá dây chuyền từ công đoạn đầu tiên đến công đoạn cuối cùng của khâu xử lý nước sạch

nmn h−ng vÜnh phßng kinh doanh phßng tµi vô ho¹ch kü phßng kÕ

thuËt

tæ tr¹m i tæ c«ng

nghÖ tè tr¹m ii tæ c¬ ®iÖn tæ b¶o vÖ

tæ v¨n phßng

¬ b é ph

c b

Ó l äc

¦ê ng è ng

cÊ

p n

¦í

c t hµ nh ph è

2.1.5 Chi tiết các quá trình, thiết bị trong dây chuyền công nghệ

- Hai máy bơm trục ngang động cơ 3 pha có cùng công suất: 100

kW Lưu lượng bơm: khi chạy 1 máy là 1000m3/h khi chạy 2 máy đồng thời là 1800 ữ 1900 m3/h

- Một van bướm DN600 với tay quay để điều khiển lưu lượng

bể pha được châm vào nguồn nước thô về nhờ các bơm phèn định lượng (gồm

4 bơm pitông công suất mỗi bơm 0, 275 kW, nhà cung cấp Alldos, kiểu Primus 226)

- Chức năng châm Clo: Clo được cung cấp từ thùng loại 0, 4 tấn 4 thùng clo được nối với thiết bị chuyển đổi tự động trạm gồm có 3 hệ thống

định lượng clo:

1- Công suất 20 kg clo/h cho xử lý clo sơ bộ

2- Công suất 2x8 kg clo/h cho khử trùng của Nhà máy mới

3- Công suất 2x4 kg clo/h cho khử trùng của Nhà máy cũ

Clo được châm đầu tiên vào nước thô tại đầu vào của ngăn chia nước Tại

đây clo được châm với nồng độ từ 0 đến 6mg/l Nước sau khi lọc được châm thêm clo để khử trùng với nồng độ từ 0 đền 4mg/l

Tỷ lệ clo châm xử lý sơ bộ được điều chỉnh bằng tay, tổng lượng clo châm phụ thuộc vào lưu lượng nước

Tỷ lệ clo châm để khử trùng được điều chỉnh bằng tay, đo clo dư trong nước sạch được thực hiện sau trạm bơm chỉ có tính chất kiểm tra Hàm lượng clo vượt quá ngưỡng đặt trước sẽ có còi báo động

Có 2 cảm biến dò clo được lắp trong phòng chứa thùng clo, cảm biến thứ

3 được lắp trong phòng định lượng clo nếu bất kỳ cảm biến nào phát hiện nồng độ 1, 5mg/l clo thì chúng sẽ phát tín hiệu báo động (còi hoặc đèn), nếu nồng độ là 3mg/l thì hệ thống phun nước sẽ được bật nước từ giàn phun sẽ hoà tan clo trong không khí Trong trường hợp khi khí clo thoát ra và hệ thống phun nước đe mở thì có thể tắt bằng cách vặn van từ bên ngoài nhà chứa clo

2.1.5.3 Bể phản ứng (tạo bông)

Nước thô được pha thêm hoá chất ngay trong các đường ống để tận dụng không gian trong đường ống cho thời gian phản ứng tạo bông Bể tạo bông

được chia thành ba ngăn cho mỗi đường

Nước chảy từ đáy vào ngăn thứ nhất dâng lên và vượt tường tràn chảy vào ngăn thứ hai, tiếp tục chảy qua đường chìm sang ngăn thứ ba Trong ngăn này nước dâng lên đến đỉnh và chảy qua tường tràn sang bể lắng ngay bên cạnh Góc chảy tràn và khe tường chì trong các tường riêng thay nhau làm nước chảy lệch hướng theo phương thẳng đứng và nằm ngang Điều đó tạo điều kiện tối ưu cho việc tạo bông Toàn bộ thời gian phản ứng tạo bông là khoảng

45 phút Độ sâu của nước trong bể tạo bông là 3m

Lượng chảy tràn < 1, 8m3/m2/giờ

Tỷ lệ dài chia rộng >1 tới 4

Độ sâu của nước >3m

Thời gian lưu trong bể lắng khoảng 2 giờ

Trong bể lắng, nước dâng theo dọc từ dưới lên đỉnh, chảy tràn sang máng chính trong mỗi bể và chảy tiếp sang bể lọc nhờ trọng lực

Bùn nặng chìm xuống dưới Bùn được thoát ra ngoài nhờ các van vận hành bằng tay, một van cho phễu thu bùn Bùn thoát ra ngoài không liên tục Bùn lắng đọng trong phần bể lắng ngang tích tụ chậm, được làm sạch bằng cách phun nước dồn sang phễu thu bùn

Nước dịch vụ được dùng làm sạch bùn trong phễu, mỗi chỗ có một vòi Việc làm sạch bùn bằng thủ công

2.1.5.5 Bể lọc

Nước chảy từ bể lắng sang khu bể lọc gồm sáu bể với lớp lọc đơn mở có kích thước 6, 7 ì 6, 7m Sáu bể lọc này có diện tích lọc là 270 m2 Với công suất 41 000 m3/ngày thời gian hoạt động 24 giờ/ngày, kết quả là:

41 000 m3/ngày/24 giờ = 1 710 m3/giờ

Trong điều kiện nước thô rất xấu (bẩn) thì kết quả xử lý sẽ giảm nghĩa là nước đầu ra của bể lắng sẽ chứa rất nhiều chất rắn hơn và thời gian rửa bể lọc rút ngắn lại

Lớp cát lọc dày1m, lớp cát trợ lọc dày 25cm Cát lọc có cỡ hạt từ 0, 7-1,

3 mm, có cấu trúc đơn tinh thể Lớp trợ lọc có cỡ hạt 3, 5-5, 5 mm

Các van bướm với dẫn động bằng động cơ điện và van cửa dùng để vận hành và rửa bể lọc

Các van sau đây được lắp đặt:

* Một van cửa để cho nước từ bể lóng sang bể lọc, kích thước 500ì 500

mm dẫn động bằng động cơ điện

* Một van bướm DN250 thu nước đe lọc với dẫn động bằng động cơ

điện, độ mở của van này phụ thuộc vào lượng bùn tích tụ trong cát lọc

* Khởi động rửa bể lọc phụ thuộc vào lượng nước đe lọc, thời gian đe hoạt động hoặc vào góc mở của van kiểm soát đầu ra

Quy trình rửa lọc bao gồm các bước chính sau đây:

Giả thiết các bể lọc đang hoạt động

Bước 1: Chuẩn bị rửa, bể lọc ngừng hoạt động

Bước 2: Hạ mức nước qua lớp cát lọc vào trong bể nước sạch

Bước 3: Sục nước với tốc độ 19m/giờ, khoảng 5-15 cho tới khi nước rửa sạch Trong trường hợp nước thô quá đục hoặc bể lọc hoạt động không có bể lắng thì kéo dài bước 2-5

Bước 4: Sơ lọc

Bước 5: Đưa bể lọc vào hoạt động

Có các van bướm sau đây phục vụ cho qui trình trên:

1 van bướm DN250 với dẫn động bằng động cơ điện cho khí nén

1 van bướm DN250 với dẫn động bằng động cơ điện cho bước chuẩn bị lọc

1 van bướm DN250 với dẫn động bằng động cơ điện để cung cấp cho nước rửa

1 van bướm DN250 với dẫn động bằng động cơ điện để xả nước đe rửa

Hệ thống rửa lọc được vận hành bằng tay tại bàn vận hành Van, máy thổi khí, bơm được khởi động bằng nhấn nút trên bàn điều khiển

Nguyên lý hoạt động của bể lọc như sau:

nước sạch bằng van V2 (mở) trong quá trình lọc các van V3 và V4 đóng Quá trình lọc thường diễn ra liên tục trong khoảng 2 ữ 3 ngày đêm, khi người vận hành thấy bể thu kém (nước trong bể lọc đầy) thì cho rửa bể, việc theo dõi này chủ yếu dựa vào kinh nghiệm của người vận hành

thúc Quá trình rửa ngược được thực hiện theo trình tự sau:

+ Người vận hành cho đóng van cửa nước thô vào (van V1)

+ Chờ cho mức nước trong bể hạ thấp xuống thì đóng van thu nước sạch (van V2), quá trình này chủ yếu dựa vào kinh nghiệm người vận hành

+ Mở đồng thời 2 van rửa ngược (V3) và van xả nước bẩn (V4)

+ Sau khi mở van V3 và V4 thì bắt đầu chạy máy bơm rửa ngược Thời gian chạy của bơm rửa ngược tuỳ thuộc vào mức độ bẩn của bể lọc, nếu bể lọc bẩn thì chạy lâu hơn còn bể lọc sạch thì chạy thời gian ít hơn thường thời gian chạy bơm rửa ngược là khoảng 4 ữ 8 phút Quá trình này cũng phụ thuộc vào kinh nghiệm của người vận hành

+ Khi thấy bể lọc đe sạch thì người vận hành cho đóng các van V3 và V4, sau khi đóng các van đó xong thì dừng máy bơm rửa ngược

+ Mở van V1 cho nước thô vào và mở van V2 để thu nước sạch và kết thúc quá trình rửa ngược chuyển sang quá trình lọc mới

2 1 5 6 Bể chứa

Chức năng chứa nước sạch sau khi lọc để bơm ra mạng cung cấp cho thành phố Vị trí nằm dưới các bể phản ứng, bể lọc, bể lắng Bể chứa có dung tích là 8000 m3 Bể chia thành nhiều ngăn là nơi clo tiếp xúc với nước

- Chức năng của Trạm bơm II: Bơm nước sạch cấp ra mạng Thành phố

- Vị trí (trong hình vẽ mặt bằng toàn Nhà máy)

- Trạm II bao gồm 4 máy bơm ly tâm trục ngang, trong đó có 2 máy bơm

có công suất động cơ 200 kW và 2 máy bơm công suất 110 kW (các động cơ máy bơm đều của Đức sản xuất)

- Số lượng bơm trạm hoạt động tại trạm II tuỳ thuộc vào nhu cầu cấp nước của Thành phố thường là chạy máy công suất 110 kW đồng thời (lưu lượng 2000m3/h hoặc chạy 2 máy công suất 110 kW và máy 200 kW (lưu lượng 2300 ữ 2450 m3/h)

- Nước sạch được bơm trực tiếp vào mạng thành phố Bơm được khởi

động bằng tay từ các bảng điều khiển trong trạm bơm

- Bảng điều khiển hiển thị các giá trị đo sau:

* Lưu lượng trạm bơm đang cung cấp và tổng số nước đe bơm

* áp lực do trạm bơm cung cấp

* Mực nước trong bể chứa nước sạch

Tổng lượng nước do trạm bơm bơm đi được đo và ghi lại Một van bướm với tay quay được lắp để kiểm soát đầu ra của nhà máy Một cầu trục nâng có công suất nâng 3 tấn được lắp trong trạm bơm Trong trạm bơm có 2 bơm chìm để bơm nước rò rỉ, các bơm này hoạt động phụ thuộc vào mực nước trong hố thu nước rò rỉ Công suất của 2 bơm chìm là 10 m3/giờ và 6 m3/giờ để

có thể chạy luân phiên nhau

- Vị trí lắp đặt các bơm và sơ đồ nối điện

Ngoài ra để cung cấp nước rửa bể lọc trong trạm bơm nước sạch bố trí 2 bơm rửa lọc Hai máy bơm kiểu bơm hai cửa hút trục ngang tầng đơn, công suất 850 m3/h, cột áp 12m

Để cung cấp khí cho quá trình rửa bể lọcnhà máy có hai máy thổi khí

- Quá trình làm việc của bể lọc bao gồm quá trình lọc nước, quá trình rửa

bể lọc được vận hành theo một quy trình nhất định, nhưng từng bước của quy trình công nghệ có sự điều chỉnh phụ thuộc chất lượng nước nguồn

- Hệ thống thiết bị phục vụ công tác của bể lọc hầu hết được điều khiển bằng tay, nên chất lượng nước sau khi lọc còn phụ thuộc vào sự tuân thủ các qui trình của người vận hành Mặt khác, khi vận hành, nhất là thực hiện quá trình rửa lọc thông lên bể cần nhiều nhân công

- Độ tin cậy của hệ thống còn nhiều hạn chế, vì thiết bị bảo vệ quá tải cho động cơ còn sơ sài, thậm chí không có Sơ đồ còn sử dụng nhiều tiếp

* Đánh giá về hệ thống điều khiển nhà máy:

- Nhà máy nước được thiết kế làm vệc với hệ thống điều khiển nối cứng

có tiếp điểm dùng các khí cụ điện từ như công tắc tơ, kết hợp với các công tắc Các linh kện hay khí cụ điện nàyđược nối vĩnh viễn với nhau theo một mạch

điện cụ thể Do đó, khi muốn thay đổi lại chương trình điều khiển thì phải lắp

đặt lại, nối dây lại toàn bộ mạch điện tốn nhiều thời gian, và phải mất khá nhiều nhân công điều khiển và giám sát quá trình hoạt động Khả năng tư

động hoá và cơ giới hoá kém

- Công nghệ, trang thiết bị cũ, lạc hậu, sử dụng lâu dễ gây sự cố

- Các linh kiện điều khiển rời rạc, thô kệch do quá nhiều dây dẫn

- Tốn khá nhiều thời gian cho việc thiết kế và lắp đặt

- Sửa chữa bảo trì phức tạp gây tốn kém không cần thiết

- Tốc độ hoạt động chậm

- Công suất tiêu thụ lớn

Với những nhận xét đánh giá chung về hiện trạng công tác của bể lọc cũng như hệ thống điều khiển thiết bị của chúng, và qua kiểm tra thực tế tại nhà máy nước Vinh tôi nhận thấy rằng: Việc tự động hoá quá trình làm việc của bể lọc tiến tới tự động hoá khu xử lý cũng như toàn bộ dây chuyền sản xuất nước là cần thiết Qua nghiên cứu phân tích qui trình làm việc cũng như sơ đồ điều khiển thiết bị tôi chọn giải pháp tự động hoá công tác của bể lọc là:

- Thay thế các sơ đồ điều khiển hệ thống van bể lọc kể trên bằng hệ thống sử dụng bộ điều khiển khả lập trình PLC Loại PLC S7 200 của heng Simens (Cộng hoà liên bang Đức) để thực hiện chương trình điều khiển tự

động các quá trình làm việc của bể lọc Việc chọn thiết bị PLC S7 200 sẽ đáp ứng được các yêu cầu về tự động hoá mà các quá trình làm việc của hệ thống

bể lọc đặt ra giúp nâng cao và ổn định chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nhân công và khắc phục dược các hạn chế của hệ thống điều khiển hiện nay Mặt khác với thiết bị PLC S7 200 sẽ tạo thuận lợi cho việc nghiên cứu, ứng dụng thiết bị khả lập trình PLC vào tự động hoá cho toàn bộ quá trình sản xuất nước sạch sau này

- Để điều chỉnh tự động tốc độ lọc nước, duy trì độ lọc nước không đổi trong suốt chu lỳ làm việc của bể dự kiến vẫn giữ nguyên thiết bị điều chỉnh tốc độ bằng phao và van thuỷ lực như hiện có

Chương 3 - ứng dụng thiết bị điều khiển logic simatic S7-200 trong tự động hóa

Quá trình làm việc của khâu xử lý nước sạch

của nhà máy nước thành phố Vinh

3.1 Thành lập chương trình điều khiển tự động quá trình làm việc của khu xử lý nước sạch nhà máy nước Vinh

Lưu đồ điều khiển tự động quá trình làm việc của khu xử lý nước sạch trên cơ sở phân tích các qui trình làm việc của khu xử lý nước sạch, hiện trạng

điều khiển thiết bị bể lọc nhà máy nước Vinh cùng giải pháp tự động hoá quá trình làm việc của bể lọc dùng bộ điều khiển logic khả lập trình PLC S7_200, chúng tôi đưa ra lưu đồ mô tả hệ thống tự động điều khiển quá trình làm việc của khu xử lý nứơc (hình 3.1)

Hình3.1 Sơ đồ nguyên lý bể lọc

ống thu nƯớc sạch đk 200

PLC

mƯơng thoát

ống xƯơng cá đk 100

Lớp sỏi to Lớp sỏi nhỏ

PS

ống thoát nƯớc rửa ngƯợc

v6 m v2

m v4

m v3

Lớp cát trên cùng

bể chứa m

bơm rửa ngƯợc

Trên mặt bàn có các thiết bị hiển thị sau:

+ Đồng hồ số báo thời gian của chu kỳ lọc nước hiện thời, đồng hồ này

có thể cài đặt thời gian kết thúc lọc nước và cho phép rửa ngược bể lọc

+ Đồng hồ số báo độ mở van nước sang V2 với độ mở %

+ Đồng hồ báo độ tổn thất áp suất trên tầng cát lọc, đơn vị % Tổn thất càng lớn khi giá trị càng lớn và tại đồng hồ có thể cài đặt giá trị nào đó để báo cho biết lớp cát lọc bị bẩn và cần cho việc rửa ngược

- Các nút nhấn có thể điều khiển thiết bị bằng tay như đóng, mở các van chạy và dừng các bơm… Các đèn báo trạng thái các thiết bị đang đóng mở các van hoặc đang chạy, dừng các bơm

3 2.1 Khởi động bàn điều khiển rửa lọc

- Cấp điện cho các van của bể với nguồn 3P - 380V bằng cách bật ON các MCB cho các van

- Tất cả các van của bể tại chỗ phải chuyển chế độ điều khiển là Remote

và các van không bị sự cố, không có đèn báo

- Cấp điện cho ngăn tủ của bơm rửa ngược và bơm gió đang ở chế độ làm việc (duty) còn các bơm ở chế độ dự phòng (Stanbly) không cấp điện Các ngăn tủ của các bơm đèn báo là sẵn sàng làm việc

- Trước khi bật điện bàn điều khiển, các bể lọc nên để chế độ điều khiển tay (Manual) hoặc chế độ OFF và sau đó chuyển qua chế độ tự động (Auto)

- Bật máy cấp điện cho, bàn điều khiển bắt đầu làm việc

- Bấm nút thử để kiểm tra tất cả đèn và còi không có đèn báo sự cố của hệ thống của bể lọc

3.2.2 Điều khiển cho bể lọc

Mỗi bàn điều khiển cho 2 bể lọc nước Mỗi bể có phần điều khiển lọc nước độc lập và phần điều khiển rửa ngược chung cho 2 bể

Bể làm việc có 3 chế độ điều khiển theo vị trí Control Switch:

ư OFF : Bể ngừng hoạt động

ư MANUAL : Điều khiển bằng tay

ư Auto : Điều khiển tự động

3.2.2.1 Bể ngừng hoạt động

Bể đang hoạt động, nếu ta chuyển vị trí của Control Switch (CS) tại vị trí O (OFF) thì 5s bề sẽ dừng làm việc và khi đó tất cả 6 van điện của bể đóng lại Đang rửa ngược sẽ dừng bơm nước rửa ngược và bơm sục khí

3.2.2.2 Điều khiển bằng tay

Người vận hành trực tiếp ấn nút đóng, mở van V1 nước vào và van V2nước sạch ra để điều khiển tốc độ lọc nước của bể Khi điều khiển đóng, mở van V1 sẽ có đèn báo van đóng hoàn toàn hoặc mở hoàn toàn Lọc nước van

V1 phải mở hoàn toàn Khi điều khiển đóng, mở van V2 với độ mở nhất định, người vận hành có thể ấn nút Stop để dừng đóng, mở của van Việc dừng này

được theo dõi qua đồng hồ số thể hiện % độ mở của van V2 Nguyên tắc điều khiển V2, nếu bể càng bẩn thì van V2 phải mở càng lớn (%), còn bể sạch thì ngược lại Khi điều khiển bằng tay nên giữ mức nước làm việc xác định trước không đổi để cho chất lượng nước được tốt Muốn chuyển bể lọc từ quy trình lọc nước sang quy trình rửa ngược, khi đó người vận hành điều khiển sao cho

V1 đóng hoàn toàn, V2 mở hoàn toàn khi ấy đèn xanh sẵn sàng rửa ngược sáng Nếu không sẵn sàng rửa ngược là do 1 trong các nguyên nhân sau:

- Đèn báo bàn khác đang rửa ngược

- Đèn báo sự cố van của bể lọc

- Đèn báo sự cố bơm nước rửa và bơm sục khí

- Đèn báo nước trong bể chứa nước sạch thấp

Vào chu trình rửa ngược, phải ấn nút đèn sẵn sàng rửa ngược, khi đèn xanh tắt và đèn vàng báo bàn khác rửa ngược sáng là bể lọc cho phép rửa ngược Người vận hành sẽ điều khiển thứ tự các nút nhất theo thứ tự các bước

được thể hiện trên mặt bàn Thời gian các bước do người vận hành ấn định, phụ thuộc theo mùa sao cho lớp cát của bể được sạch nhất Chu trình được kết thúc khi van V1 mở hoàn toàn và V2 mở (không còn đóng hoàn toàn) Khi ấy thời gian lọc nước bắt đầu chạy, đèn vàng báo khác rửa lọc sẽ tắt và bể chuyển sang chu trình lọc nước

Nếu chu trình đang thực hiện dỡ dang chế độ bằng tay thì người vận hành nên thực hiện cho xong và nên chuyển sang chế độ tự động khi khởi động rửa ngược

3.2.2.3 Điều khiển tự động

Khi bắt đầu mở điện cho bàn điều khiển, hoặc sau chu trình rửa ngược tự

động thì bể lọc sẽ vào chu trình lọc nước tự động Vào chu trình lọc nước, người vận hành có thể nhận biết hoạt động của chu trình từ 2 đồng hồ báo tổng thời gian làm việc lọc của bể cho từng chu trình, và độ mở % của van V2 Chu trình lọc nước tự động được điều khiển, van V1 mở hoàn toàn, Van V2

đóng mở tự động theo mức nước của bể ở mức nước thấp van sẽ đóng lại hoàn toàn (0%), ở mức nước max van sẽ mở hoàn toàn (100%), với nguyên tắc nước dâng lên van mở thêm, mức xuống van đóng lại bớt